生物件柠檬酸循环

1、（一）（一）丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段氧化氧化 脱羧生成乙酰脱羧生成乙酰-COA CH3CCOOH O + HS-CoA NAD+ CH3C O SCoA + CO2 NADH 丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸 辅酶A 乙酰辅酶A w丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。 此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。 w丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种 不同的酶（不同的酶（丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶E

2、 E1 1、二氢硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸乙酰转移酶E E2 2和二氢硫和二氢硫 辛酸脱氢酶辛酸脱氢酶E E3 3），和），和6 6种辅因子（种辅因子（TTPTTP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD+ +、CoACoA 和和MgMg2+ 2+）。 ）。9696页页 三、三、TCA循环循环 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三种酶 60条肽链形 成的复合体 CO2 CH3 O COO C TPP CH3 CHOH TPP S (CH2)4COO S O CH3CS (CH2)4COO SH - - SH (CH2)4COO SH - FADH2 FAD NAD NADH+H +

3、+ SCoA CH3C SCoA O H H 乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸 硫辛酸硫辛酸 二氢硫辛酸二氢硫辛酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA 形成酶复合体有什么好处呢？形成酶复合体有什么好处呢？ CO2 CH3 O COO C TPP CH3 CHOH TPP S (CH2)4CO S O CH3CS (CH2)4CO SH SH (CH2)4CO SH FADH2 FAD NAD NADH+H + + SCoA CH3C SCoA O H H 乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸 硫辛酸硫辛酸 二氢硫辛酸二氢硫辛酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰CoA NH NH NH 中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中间产

4、物在氨基酸臂作用下进入酶活性 中心中心快速准确快速准确！ 相当于酶复合体相当于酶复合体 由于第一步为不可逆反应，直接决定整个循环反应的速 度，而且是许多其它反应体系的分支点，因而该酶复合 物受到严密的调节控制； n提问提问：有哪些物质可以调节该酶复合物的活性？有哪些物质可以调节该酶复合物的活性？ n答案答案： n产物（产物（NAD(P)H、FADH2、GTP、ATP、乙酰、乙酰CoA ） 抑制该酶复合物的活性抑制该酶复合物的活性 n反应物（反应物（NAD+、FAD、GDP、ADP、丙酮酸）激活该、丙酮酸）激活该 酶复合物的活性酶复合物的活性 nCa2+、胰岛素激活、胰岛素激活 三、三、TCA循

5、环循环 （二）（二）柠檬酸循环概貌（柠檬酸循环概貌（98页）页） 是乙酰是乙酰CoA与草酰与草酰 乙酸结合进入循环经乙酸结合进入循环经 一系列反应再回到草一系列反应再回到草 酰乙酸的过程。在这酰乙酸的过程。在这 个过程中乙酰个过程中乙酰CoA被被 氧化成氧化成H2O和和CO2并并 产生大量的能。其反产生大量的能。其反 应途径可表示如图应途径可表示如图 线粒体膜线粒体膜 第三个第三个 碳以碳以COCO2 2 形式失形式失 去去 四碳二羧酸四碳二羧酸 第二个碳以第二个碳以 COCO2 2形式失去形式失去 三羧酸三羧酸？ 循环循环？ 五碳二羧酸五碳二羧酸 基质中基质中 丙酮酸丙酮酸 基基 质中质中

6、六碳三羧酸六碳三羧酸 三种羧酸！三种羧酸！ 草酰乙酸大循环！草酰乙酸大循环！ 第一个碳以第一个碳以 COCO2 2形式失去形式失去 重新加入到重新加入到 草酰乙酸库草酰乙酸库 n(4)(7)(8)(10) CH3COCOOH NAD + NADH + H + CoASH CO2 CH3COSCoA OCCOOH C H2 COOH CH2COOH C(OH)COOH CH2COOH CH2COOH CHCOOH CH(OH)COOH NAD(P) NAD(P)H+H CH2COOH CHCOOH COCOOH CH2COOH CH2 COCOOH NADH+H NAD NADH + H + C

7、OSCoA CH2 CH2 COOH GDP+Pi GTP CoASH H 2 O CH2COOH C H2 COOH FADH2 FAD CHCOOH C H COOH HOCCOOH C H2 COOH H + NAD + CO2 + + CoASH H 2 O CoASH CO2 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰 CoA (2) (1) (7) (8) (9) (10) (5) (6) (3) (4) 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸 -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰 CoA 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 L-苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 H O 2 (1)(1) 丙酮酸丙

8、酮酸脱氢酶脱氢酶复合体复合体 (2)(2) 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 (3)(3) 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 (4)(5)(4)(5)异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶脱氢酶 (6)(6) - -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶复合体复合体 (7)(7) 琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶 (8)(8) 琥珀酸琥珀酸脱氢酶脱氢酶 (9)(9) 延胡索酸酶延胡索酸酶 (10)(10)L-L-苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶 产能步骤产能步骤 2NAD(P)H 1FADH2 1GTP (1)(6)-产能产能脱碳脱碳 2NADH + 2 CO2 (5)-脱碳脱碳-1CO2 3步步不可逆反应不可逆反应 三、三、TCA循环循环

9、（三）（三）柠檬酸循环的柠檬酸循环的化学途径化学途径 （98页）页） 1草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸 （三）（三）柠檬酸循环的柠檬酸循环的化学途径化学途径 （98页）页） 三、三、TCA循环循环 2-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA 需要需要-酮戊二酸脱氢酶系的酮戊二酸脱氢酶系的3种酶和它们的辅助因子如种酶和它们的辅助因子如 NAD+、CoA、TPP、硫辛酰胺、硫辛酰胺、FAD和和Mg2+等等 。 三、三、TCA循环循环 （三）（三）柠檬酸循环的柠檬酸循环的化学途径化学途径 （98页）页） 3由琥珀酰由琥珀酰-CoA琥珀酸琥珀酸 琥珀酰琥珀酰CoA与二磷酸鸟苷（与二磷酸鸟苷（GDP）及

10、磷酸作用迅速分解）及磷酸作用迅速分解 成琥珀酸，在此反应中产生一个成琥珀酸，在此反应中产生一个ATP分子。催化这一反应的分子。催化这一反应的 酶为琥珀酰酶为琥珀酰CoA合成酶合成酶 三、三、TCA循环循环 （三）（三）柠檬酸循环的柠檬酸循环的化学途径化学途径 （98页）页） 4由琥珀酸由琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸 从上述各反应中（参阅图从上述各反应中（参阅图9898页图及反应式）可见三羧酸循环反页图及反应式）可见三羧酸循环反 应主要是脱水（反应应主要是脱水（反应2 2）、加水（反应）、加水（反应1 1、3 3、9 9）、脱羧（反应）、脱羧（反应5 5、6 6） 及脱氢（反应及脱氢（反应4 4、6

11、6、8 8、1010）。丙酮酸转变为乙酰）。丙酮酸转变为乙酰CoACoA过程中亦脱出过程中亦脱出 两个两个H H。在脱氢作用中脱氢酶及。在脱氢作用中脱氢酶及NADNAD、NADPNADP、FADFAD、TPPTPP、硫辛酸各辅、硫辛酸各辅 酶均发生了重要作用。酶均发生了重要作用。 由丙酮酸氧化成由丙酮酸氧化成COCO2 2的各反应可总结如下式：的各反应可总结如下式： 丙酮酸丙酮酸+CoA+CoASH+NADSH+NAD+ +乙酰乙酰CoA+NADH+HCoA+NADH+H+ +CO+CO2 2 乙酰乙酰-CoA+3NAD-CoA+3NAD+ +FAD+GDP+Pi+2H+FAD+GDP+Pi+

12、2H2 2O2COO2CO2 2+CoASH+3NADH+3H+CoASH+3NADH+3H+ +FADH+FADH2 2+GTP+GTP 净反应净反应： （三）（三）柠檬酸循环的柠檬酸循环的化学途径化学途径 （98页）页） n + 4NAD(P)+ +FAD+GDP+Pi+3H2O n 3CO2 +4NAD(P)H +4H+ +FADH2+GTP COOH CO CH3 总反应方程式总反应方程式 n + 4NAD(P)+ +FAD+GDP+Pi+3H2O n 3CO2 +4NAD(P)H +4H+FADH2+GTP n4NAD(P)H +4H+ 10ATP 4H2O nFADH2 1.5AT

13、P 1H2O n ADP ATP - 3H2O n GTP GDP 1ATP 1H2O n n 2H2O 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 O2 COOH CO CH3 三、三、TCA循环循环 （四）（四）TCA循环特点：循环特点： （1）TCA循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循 环。又有两个碳原子以环。又有两个碳原子以CO2的形式离开循环。但这两个碳原的形式离开循环。但这两个碳原 子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子（子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子（代谢更新代谢更新）。）。 （2） TCA循环有四次氧化脱氢反应（其中三次以循环有四次氧化脱氢反应

14、（其中三次以NAD+为为 受氢体，一次以受氢体，一次以FAD为受氢体）、一次底物水平磷酸化反应为受氢体）、一次底物水平磷酸化反应 以以GTP形式产生一个高能键、二次脱羧反应。糖的有氧氧化形式产生一个高能键、二次脱羧反应。糖的有氧氧化 过程中能量和过程中能量和CO2主要在主要在TCA循环中产生。循环中产生。 （3） TCA循环所产生的循环所产生的3个个NADH和一个和一个FADH2分子只能通分子只能通 过电子传递链和氧分子（过电子传递链和氧分子（氧化磷酸化氧化磷酸化）才能够再被氧化，释）才能够再被氧化，释 放的能量放的能量ATP形式产生。形式产生。 TCA循环在线粒体中进行，整个循环不可逆。循环

15、在线粒体中进行，整个循环不可逆。 一次循环、二次脱羧、三次加水、四次脱氢一次循环、二次脱羧、三次加水、四次脱氢 四、糖的有氧氧化及四、糖的有氧氧化及TCA循环的意义（循环的意义（107页）页） 1、糖的有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。、糖的有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。 能量计算：能量计算： 每一次每一次TCA循环：循环：32.5 + 11.5 +1 =10分子分子ATP 从丙酮酸开始：从丙酮酸开始：10 + 2.5 =12.5分子分子ATP 从葡萄糖开始：从葡萄糖开始：2 + 2.5 2 + 12.5 2 = 32分子分子ATP 而糖的无氧酵解仅产生而糖的无氧酵解仅产生2分子分子ATP

16、 2、TCA循环不仅是糖代谢的重要途径，也是甘油、脂肪酸循环不仅是糖代谢的重要途径，也是甘油、脂肪酸 和氨基酸氧化分解的必经途径，是体内糖、脂肪和蛋白质三和氨基酸氧化分解的必经途径，是体内糖、脂肪和蛋白质三 大营养物质分解代谢的最终共同途径。大营养物质分解代谢的最终共同途径。 3、TCA循环也是糖、脂肪和氨基酸代谢联系的枢纽。循环也是糖、脂肪和氨基酸代谢联系的枢纽。 +的效率的效率 n糖酵解糖酵解 2ATP+2NADH+2H+ n =2+22.5= ATP n三羧酸循环三羧酸循环 ATP+6CO2+4H2O n n n储能效率储能效率=32 7.3/686= 34% n比世界上任何一部热机的效

17、率都高！比世界上任何一部热机的效率都高！ n提问提问：其余能量何处去？其余能量何处去？ n答案答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。 生物意义生物意义 n三羧酸循环三羧酸循环是各种好氧生物体内是各种好氧生物体内最主要的产能最主要的产能 途径途径！ 也是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径也是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！ 异柠檬酸异柠檬酸 柠檬酸柠檬酸 延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 CoASH 三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环 乙酰乙酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA 苯丙氨酸苯

18、丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸 色氨酸色氨酸 丙氨酸丙氨酸 苏氨酸苏氨酸 甘氨酸甘氨酸 丝氨酸丝氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 丙酮酸丙酮酸 精氨酸精氨酸 组氨酸组氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 脯氨酸脯氨酸 谷氨酸谷氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 缬氨酸缬氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 谷氨酰胺谷氨酰胺 三羧酸循环三羧酸循环焚烧炉焚烧炉 中间酸是合成其他化合物的碳骨架中间酸是合成其他化合物的碳骨架百宝库百宝库。 例如例如 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺等等天冬氨酸、天冬酰胺等等 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰Co

19、A 血红素血红素 既是既是“焚烧炉又是百宝库焚烧炉又是百宝库” 五、五、TCA循环中碳骨架的不对称反应循环中碳骨架的不对称反应 用同位素标记乙酰用同位素标记乙酰COA碳原子，发现乙酰碳原子，发现乙酰COA从碳骨架从碳骨架 的一端掺入，而从另一端发生脱羧反应，说明反应是不对称的一端掺入，而从另一端发生脱羧反应，说明反应是不对称 的。的。 六、六、TCA循环的双重作用和回补反应循环的双重作用和回补反应 TCA循环不仅是产生循环不仅是产生ATP的途径，其产生的中间物也是的途径，其产生的中间物也是 生物合成的前体，具有分解代谢和合成代谢双重性（生物合成的前体，具有分解代谢和合成代谢双重性（或两用或两用

20、 性，性，110页页）。这些中间物必需不断补充才能保证）。这些中间物必需不断补充才能保证TCA循环循环 的正常进行。对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为的正常进行。对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为 回补反应。回补反应。 Chapter23 柠檬酸循环柠檬酸循环 七、七、TCA循环的调控（循环的调控（108页）页） 三羧酸循环有三个调节点。三羧酸循环有三个调节点。 第一个调节点是草酰乙酸与乙酰第一个调节点是草酰乙酸与乙酰CoA结合成柠檬酸的反应结合成柠檬酸的反应 柠檬酸合成酶，柠檬酸合成酶的活性受草酰乙酸的有效浓度和能与乙柠檬酸合成酶，柠檬酸合成酶的活性受草酰乙酸的有效浓度和能与乙

21、酰酰CoACoA竞争的其他脂酰竞争的其他脂酰CoACoA水平所限制。水平所限制。 第二个调节点是异柠檬酸转变为第二个调节点是异柠檬酸转变为-酮戊二酸的反应酮戊二酸的反应 异柠檬酸脱氢酶，异柠檬酸脱氢酶，ADPADP能增强异柠檬酸脱氢酶同异柠檬酸之间的亲和能增强异柠檬酸脱氢酶同异柠檬酸之间的亲和 力。但力。但NADHNADH及琥珀酰及琥珀酰CoACoA都对异柠檬酸脱氢酶有抑制作用都对异柠檬酸脱氢酶有抑制作用 第三个调节点是第三个调节点是-酮戊二酸转变为琥珀酰酮戊二酸转变为琥珀酰CoA的反应的反应 -酮戊二酸脱氢酶系是三羧酸循环的关键酶，琥珀酰酮戊二酸脱氢酶系是三羧酸循环的关键酶，琥珀酰CoACo

22、A是强抑制剂，是强抑制剂， ATPATP和和NADHNADH也可抑制这个酶的活力，都可降低三羧酸循环的速度。也可抑制这个酶的活力，都可降低三羧酸循环的速度。 （一）（一）丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段氧化氧化 脱羧生成乙酰脱羧生成乙酰-COA CH3CCOOH O + HS-CoA NAD+ CH3C O SCoA + CO2 NADH 丙酮酸脱氢酶系 丙酮酸 辅酶A 乙酰辅酶A w丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。 此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。

23、w丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种 不同的酶（不同的酶（丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶E E1 1、二氢硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸乙酰转移酶E E2 2和二氢硫和二氢硫 辛酸脱氢酶辛酸脱氢酶E E3 3），和），和6 6种辅因子（种辅因子（TTPTTP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD+ +、CoACoA 和和MgMg2+ 2+）。 ）。9696页页 三、三、TCA循环循环 n(4)(7)(8)(10) CH3COCOOH NAD + NADH + H + CoASH CO2 CH3COSCoA OCCOOH C

24、 H2 COOH CH2COOH C(OH)COOH CH2COOH CH2COOH CHCOOH CH(OH)COOH NAD(P) NAD(P)H+H CH2COOH CHCOOH COCOOH CH2COOH CH2 COCOOH NADH+H NAD NADH + H + COSCoA CH2 CH2 COOH GDP+Pi GTP CoASH H 2 O CH2COOH C H2 COOH FADH2 FAD CHCOOH C H COOH HOCCOOH C H2 COOH H + NAD + CO2 + + CoASH H 2 O CoASH CO2 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰 Co

25、A (2) (1) (7) (8) (9) (10) (5) (6) (3) (4) 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸 -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰 CoA 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 L-苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 H O 2 (1)(1) 丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶复合体复合体 (2)(2) 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 (3)(3) 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 (4)(5)(4)(5)异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶脱氢酶 (6)(6) - -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶复合体复合体 (7)(7) 琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶 (8)(8) 琥珀酸琥珀酸脱氢酶脱氢酶 (

26、9)(9) 延胡索酸酶延胡索酸酶 (10)(10)L-L-苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶 产能步骤产能步骤 2NAD(P)H 1FADH2 1GTP (1)(6)-产能产能脱碳脱碳 2NADH + 2 CO2 (5)-脱碳脱碳-1CO2 3步步不可逆反应不可逆反应 三、三、TCA循环循环 （三）（三）柠檬酸循环的柠檬酸循环的化学途径化学途径 （98页）页） 3由琥珀酰由琥珀酰-CoA琥珀酸琥珀酸 琥珀酰琥珀酰CoA与二磷酸鸟苷（与二磷酸鸟苷（GDP）及磷酸作用迅速分解）及磷酸作用迅速分解 成琥珀酸，在此反应中产生一个成琥珀酸，在此反应中产生一个ATP分子。催化这一反应的分子。催化这一反应的 酶为琥珀

27、酰酶为琥珀酰CoA合成酶合成酶 三、三、TCA循环循环 （四）（四）TCA循环特点：循环特点： （1）TCA循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循 环。又有两个碳原子以环。又有两个碳原子以CO2的形式离开循环。但这两个碳原的形式离开循环。但这两个碳原 子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子（子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子（代谢更新代谢更新）。）。 （2） TCA循环有四次氧化脱氢反应（其中三次以循环有四次氧化脱氢反应（其中三次以NAD+为为 受氢体，一次以受氢体，一次以FAD为受氢体）、一次底物水平磷酸化反应为受氢体）、一次底物水平磷酸化反应 以以GTP形式产生一个高能键、二次脱羧反应。糖的